Kare su paveldimomis ligomis – CRISPR genetinė revoliucija

At­ra­di­mas, da­ran­tis per­vers­mą dau­gy­bės li­gų, nuo vė­žio, ne­iš­gy­do­mų vi­ru­sų, tar­ki­me, ŽIV, iki pa­vel­di­mų li­gų, to­kių, kaip pjau­tu­vi­nė ane­mi­ja ir Hun­ting­to­no li­ga, ty­ri­me ir gy­dy­me

Proveržis genetikoje sukėlė smarkų jaudulį tarp DNR ekspertų visame pasaulyje. Jie mano, kad atradimas neatpažįstamai pakeis jų galimybes keisti visų gyvų būtybių, neišskiriant žmonių, genomus.

Šis medicinos mokslo pasiekimas žada sukelti revoliuciją daugybės ligų, nuo vėžio, neišgydomų virusų, iki paveldimų ligų, tokių, kaip pjautuvinė anemija ir Dauno sindromas, tyrime ir gydyme.

Pirmą kartą mokslininkai gali labai tiksliai pakeisti bet kurią žmogaus genomo dalį, naudodami CRISPR techniką, kuri prilyginama atskirų raidžių keitimui bet kuriame enciklopedijos puslapyje, nedarant rašybos klaidų. Tai reiškia, kad dabar įmanoma atlikti tiksliausius ir detaliausius pakeitimus bet kurioje DNR vietoje, nesukeliant nenumatytų mutacijų ar klaidų, sako mokslininkai.

Technika tokia tiksli, kad mokslininkai mano, jog greitai bus naudojama žmonių genų terapijos bandymuose, gydant kol kas neišgydomus virusus, tokius, kaip ŽIV ar neišgydomas genetines ligas, tokias, kaip Huntingtono liga. Ji taip pat gali būti panaudota taisant dirbtinai apvaisintų (in vitro fertilization – IVF) žmogaus embrionų genetinius defektus.

Iki šiol genų terapija daugiausia rėmėsi labai netiksliais genomo taisymo metodais, dažnai panaudojant modifikuotus virusus, įterpiančius DNR atsitiktinėse genomo vietose – tai pernelyg rizikinga daugeliui pacientų.

Tuo tarpu naujasis metodas pertvarko genų inžineriją, kadangi paprasta ir nesudėtinga pakeisti bet kurią norimą DNR molekulės dalį, atskirus jos cheminius blokelius, kitaip tariant, nukleotidus, sudarančius genetinį raidyną, sako tyrėjai.

„CRISPR yra labai svarbus. Jis neįtikėtinai galingas ir turi daug pritaikymų, nuo žemės ūkio iki potencialios žmonių genų terapijos,” sakė Craigas Mello iš Massachusettso universiteto medicinos mokyklos, kuris 2006 metais buvo vienas iš apdovanotųjų medicinos Nobelio premija už ankstesnį genetinį atradimą – RNR interferenciją.

„Tai išties fundamentalaus mokslo triumfas ir daugeliu atžvilgių geresnis, nei RNR interferencija. Tai itin svarbus proveržis, padarysiantis didžiulę įtaką molekulinei genetikai. Tai žaidimo taisyklių keitėjas,” profesorius Mello sakė The Independent.

„Tai vienas iš tokių dalykų, kuriuos turi išvysti, kad patikėtum. Skaitau mokslinius straipsnius, kaip ir visi kiti, bet kai išvydau tai veikiant savo paties laboratorijoje, mano žandikaulis atvipo. Visiškas mano laboratorijos naujokas sugebėjo tai padaryti,” pasakojo profesorius Mello.

Be augalų ir gyvūnų genų modifikavimo, kuris galėtų paspartinti GM augalų ir gyvūnų kūrimą, CRISPR technika dramatiškai „sumažina slenkstį” atliekant „daigų” genų terapiją su žmogaus IVF embrionais, pridėjo profesorius Mello.

© Getty Creative

Naujuoju genų terapijos metodu paprasta ir lengva pakeisti bet kurią norimą DNR molekulės dalį

Spermatozoidų, kiaušialąsčių ar embrionų genų terapija, siekiant pašalinti paveldimas ligas, pakeičia ir visų tolesnių kartų DNR, tačiau baiminantis dėl saugumo ir vadinamojo „vaikų dizaino“ perspektyvos, tokia terapija Britanijoje ir daugelyje kitų šalių yra nelegali.

Kadangi naujoji genų keitimo technika yra tokia tiksli, ji gali išspręsti daugelį saugumo klausimų. Kai kurie mokslininkai mano, kad tėra laiko klausimas, kada IVF gydytojai iškels mintį, kad ji gali būti naudojama eliminuoti genetines ligas iš šeimų, pakeičiant embriono DNR prieš įsodinimą į gimdą.

„Jei naujoji technika leis be grėsmės atlikti tikslų nenormalių genų pataisymą, tada atsiveria jaudinanti perspektyva, kad šis gydymas gali būti išvystytas ir pritaikytas vaisiaus užuomazgai, taip išvaduojant šeimą ir visus jos palikuonius iš paveldimų ligų,” sakė Daganas Wellsas, Oxfordo universiteto IVF specialistas.

„Būtų sunku prieštarauti jos naudojimui, jei ji pasirodys tokia saugi, patikima ir efektyvi, kai atrodo. Kas pasmerktų vaiką siaubingoms kančioms ir gal net ankstyvai mirčiai, kai egzistuoja problemą galinti išspręsti terapija?” klausia daktaras Wellsas.

CRISPR procesas pirmiausia buvo aptiktas kaip natūralus bakterijų [ir archėjų – red. past.] „imunitetas“, saugantis nuo virusų įsiveržimo. Tačiau pernai, mokslininkai, vadovaujami Jennifer Doudna iš Kalifornijos universiteto Berklyje, publikavo tyrimą, rodantį, kad CRISPR gali būti naudojamas itin tiksliam bet kurio genomo regiono paveikimui DNR karpančiu fermentu Cas9.

Nuo tada keletas mokslininkų komandų parodė, kad profesorės Doudna naudojamą CRISPR-CAS9 sistemą galima pritaikyti darbui su plačiu spektru gyvybės formų, nuo augalų ir nematodų iki vaisinių muselių ir laboratorinių pelių.

Anksčiau šiais metais keletas mokslininkų komandų parodė, kad šią techniką galima naudoti tiksliam DNR taisymui pelių embrionuose ir netgi žmogaus kamieninių ląstelių kultūrose. Genetikus pribloškė, kaip paprastai, tiksliai ir efektyviai galima keisti bet kokios gyvybės formos genetinį kodą – ir iškart suprato šio būdo terapinį potencialą.

„Naudojimo efektyvumas ir paprastumas visiškai beprecedentis. Nesitveriu savam kailyje nuo jaudulio,” sakė Georgeas Churchas, genetikas iš Harvardo universiteto, vadovavęs vienai iš komandų, pirmą kartą naudojusių CRISPR žmogaus genomo taisymui.

„Naujoji technologija turėtų suteikti galimybę taisyti rimtus genetinius sutrikimus. Iš principo tai būtų galima padaryti bet kurioje vystymosi iš spermatozoido ir kiaušialąstės, IVF embrionuose, iki pat negrįžtamų susirgimo stadijų,” pažymėjo profesorius Churchas.

Davidas Adamsas, DNR tyrėjas Wellcome Trust Sanger institute Kembridže, sakė, kad ši technika pajėgi transformuoti tai, kaip mokslininkai manipuliuoja visų gyvų organizmų genais, ypač pacientų su paveldimomis ligomis, vėžiu ar ŽIV infekcija.

„Tai pirmas kartas, kai galėjome efektyviai ir tiksliai taisyti genomą tokiu masteliu, kad gali būti ištaisomos individualių pacientų mutacijos,” sakė daktaras Adamsas.

„Buvo kitos technologijos genomo keitimui, bet jos visos genome palieka „randus“ arba svetimą DNR. Ši nepalieka po savęs randų ir ja galima pakeisti atskirus DNR nukleotidus – genetinio recepto „raides“ – be jokių kitų nepageidaujamų pokyčių,“ pabrėžė jis.

DNR mokslo etapai

Restriktazės

Leido mokslininkams karpyti DNR molekulę atpažintos genetinės sekos vietoje ar netoliese. Fermentai gerai veikia su mikrobais, bet į sudėtingesnius augalų ar gyvūnų genomus juos nutaikyti sunku. Jų atradimas aštuntajame XX amžiaus dešimtmetyje atvėrė genetinės inžinerijos amžiaus vartus, nuo GM javų iki GM gyvūnų ir 1978 m. buvo įvertintas medicinos Nobelio premija.

Polimerazės grandininė reakcija (PCR)

Technika, 1983 sukurta Katy'io Mulliso Kalifornijoje, leido mokslininkams padauginti mažiausius DNR kiekius – pakanka vienintelės molekulės – iki praktiškai neriboto kiekio. Tai greitai tapo standartine technika, ypač teismo medicinos tyrimuose, kur jis nuolatos naudojamas smulkiausių audinių pavyzdžių iš nusikaltimo vietos analizei. Nuo tada daug istorinių nusikaltimų buv atskleista, naudojant PCR testus. Mullisas 1993 m. laimėjo chemijos Nobelio premiją.

© Getty

Katy Mullis

RNR interferencija:

Pirmi šį fenomeną pirmi pastebėjo mokslininkai, tyrę petunijos spalvų kitimus, kuriuose, kaip vėliau pasirodė, dalyvauja RNR, molekulinė DNR giminaitė. 1998 m., Craigas Mello ir Andrew Fire iš JAV pademonstravo šį fenomeną su nematodais, parodydami, kad mažos RNR atkarpos gali būti naudojamos genų aktyvumo sumažinimui, panašiai, kaip reguliuojamo šviesumo lempos. Už šį atradimą 2006 m. jiems skirta Medicinos ar fiziologijos Nobelio premija.

„cinko pirštai“

Sudėtingi baltymai, vadinami cinko pirštai, pirmą kartą panaudoti su pelėmis 1994 m., fermentais gali perpjauti DNR norimose genomo vietose. Kita DNR pjaustymo technika, Talens, irgi veikia panašiai. Bet abi jas sudėtina naudoti ir sunku naudoti praktiškai – tai nepasakytina apie CRISPR techniką.

Spustelėkite čia ir pažiūrėkite kaip CRISPR sistema, išvesta iš bakterijų, veikia žmonių ląsteles, taisydama genetinius defektus

Video autorystė: Janet Iwasa

Steve Connor
http://www.independent.co.uk

   

Facebook komentarai